DE3700789A1

DE3700789A1 - Einrichtung fuer akustische oberflaechenwellen

Info

Publication number: DE3700789A1
Application number: DE19873700789
Authority: DE
Inventors: Akitsuna Yuhara; Jun Sasaki; Hiromi Isomae; Shozi Kawakubo; Jun Yamada
Original assignee: Hitachi Ltd
Current assignee: Hitachi Ltd
Priority date: 1986-01-13
Filing date: 1987-01-13
Publication date: 1987-07-16
Anticipated expiration: 2007-01-14
Also published as: GB8700064D0; GB2186456B; GB2186456A; DE3700789C2; US5144185A

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft allgemein eine Einrichtung für akustische Oberflächenwellen (im folgenden als SAW-Einrichtung abgekürzt (SAW = akustische Oberflächenwellen)). Insbesondere betrifft die Erfindung eine SAW-Einrichtung, die in der Lage ist, elektrische Signale von hoher Leistung und/oder großer Amplitude zu handhaben.

Zur Zeit findet die SAW-Einrichtung einen weiten Bereich der Verwendung und Anwendung und wird als SAW-Filter verwendet, das zur Übertragung von hoher elektrischer Leistung geeignet ist, oder als SAW-Resonator, in dem eine Oberflächenwelle einer großen Amplitude kontinuierlich als stehende Welle vorhanden ist. Die oben erwähnten SAW-Einrichtungen leiden jedoch an den Nachteilen, daß Defekte ähnlich zu Hügeln, Blasen oder ähnlichem wegen einer Elektro-Wanderung, die in Al-metallisierten Elektroden in Halbleiter-IC-Bauelementen stattfindet, in feinen Fingern aus Aluminium (Al) erzeugt werden, die als SAW-Übertragungs/ Empfangs-Elektroden und Reflektorelektroden in den SAW-Einrichtungen dienen, wie in "Thin Solid Films", 64, 9-15 (1979) (J. I. Latham et al), Seiten 9-14 und "Transactions of The Institute Of Electronics Communication Engineers of Japan", Band J67-C, Seiten 278-285 (März 1984) berichtet wird. Unter den Umständen erfahren SAW-Resonatoren unerwünschte Phänomene, beispielsweise Frequenzabweichung oder -verschiebung von der Resonanzfrequenz. Auf der anderen Seite treten im Fall der SAW-Filter, die für hohe Leistungsübertragung entworfen sind, oft Fehler auf, so wie Kurzschluß, Leitungsbruch und ähnliches wegen des Wachstums von Hügeln, wie in "1983 IEEE Ultrasonic Symposium Proceedings", Seiten 83-86 (1983) berichtet wird. Insbesondere die zweite erwähnte Literaturstelle erläutert den Erzeugungsmechanismus eines solchen Fehlers wie folgt: "Verformung in einer Substratoberfläche, die durch die SAW erzeugt wird, induziert eine innere Spannung in dem Al-Dünnfilm, der auf der Substratoberfläche gebildet ist. Als ein Ergebnis davon wandert die Al-kristalline Korngrenze in einen Bereich, wo die Spannung einen Schwellwert überschreitet, was Anlaß zur Schaffung der Blasen und Hügel gibt. Man nimmt an, daß die Wanderung der Korngrenze solch einem Mechanismus zuzuschreiben ist, wie man in dem thermischen Zyklus von ICs erfahren hat, wie in IEEE Trans, Parts, Hybrids and Packaging, Band PHP-7, Seiten 134-138, Sept. 1971 berichtet". Die obenerwähnte erste bis dritte Literaturstelle offenbart, daß die Fehler wegen der Al-Wanderung durch Zugabe eines kleinen Betrags (1 bis 4 Gew.%) von Kupfer (Cu) zu Al gehandhabt werden können, das die Leiter in den Halbleiter-ICs bildet, und daß dieses Verfahren wirksam ist zur Unterdrückung der Wanderung.

Es wird jedoch bemerkt, daß keine der obenerwähnten ersten bis dritten Literaturstellen einen Vorschlag offenbart, der die Bildung von Elektroden der SAW-Einrichtung durch Sprühen betrifft. Wenn die Frequenz höher wird, werden die Verformungen wegen der SAW größer, selbst wenn die Leistung zur Übertragung und die Amplitude unverändert bleiben. Unter diesen Umständen kann in dem Fall des SAW-Resonators, der zum Handhaben von Signalen von Frequenzen höher als 300 MHz entworfen ist, so wie ein SAW-Filter, der in einem Übertrager eines zellartigen Radiotelefonsystems eines 800 MHz-Bands und ähnlichem verwendet wird, über allem keine adäquate brauchbare Lebensdauer sichergestellt werden wegen der Erscheinung der oben erwähnten Wanderung im Betrieb mit hoher Leistung und/oder einer großen Amplitude, selbst mit der Al-Elektrode, zu der Cu hinzugefügt ist und die durch Vakuum-Aufdampfen oder EB-Aufdampfen (= Elektronenstrahlaufdampfen) gebildet ist, was in der ersten bis dritten Literaturstelle, die oben aufgezählt sind, offenbart ist.

Es wird weiterhin bemerkt, daß die Bildung eines Al-Films, der ein Additiv von Cu enthält, durch das Vakuum-Aufdampfen oder das EB-Aufdampfen dazu neigt, die Härte des Films zu vergrößern, was es schwierig macht, das Leitungsverbinden zu verwenden, was ein weiterer Nachteil ist. Auf der anderen Seite sind, wenn ein Trockenätzverfahren zum Bilden der feinen Elektroden mit einer hohen Präzision zum Zweck der Verbesserung der Hochfrequenzleistung angewendet wird, die Elektroden empfänglich für Korrosion oder ähnliche Verletzung (z. B. wegen dem Einschluß von Cl), was Anlaß dazu gibt, daß die Ausbeute signifikant verschlechtert wird.

Ein weiteres Verfahren des Unterdrückens der Elektro- Wanderung ist in "Semiconductor World", Seiten 108-116 (Juli 1985) und anderen offenbart. Gemäß diesem Verfahren wird der Kirstallkorndurchmesser des Metalls, aus dem der abgeschiedene Film gemacht ist, vergrößert, um die Elektro- Wanderung zu unterdrücken. Als eine spezielle Einrichtung zum Vergrößern des Kristallkorndurchmessers in dem dünnen Film werden ein Vakuumdampf-Aufdampfverfahren, das das Widerstandsheizen benutzt, wie in der obenerwähnten Transactions of The Institute of Electronics and Communication Engineers of Japan offenbart, und ein Vakuumdampf-Aufdampfverfahren verwendet, das einen Elektronenstrahl benutzt.

In den bis jetzt bekannten Vakuumdampf-Aufdampfverfahren, in denen das Widerstandsheizen bzw. der Elektronenstrahl verwendet werden, wird jedoch die Konzentration eines Additivs in jeder Aufdampfquelle oft nicht gleichförmig, die mittleren Additiv-Konzentrationen sind unterschiedlich zwischen den Produktionschargen und die Dampfdrücke und Massen von einzelnen Elementen sind unterschiedlich voneinander, was Variationen der Konzentration oder des Inhaltes eines Additives in Filmen unter den einzelnen Losen oder Produktionschargen verursacht. Als eine Folge ist es unmöglich oder zumindest sehr schwierig eine adäquat lange brauchbare Lebensdauer für die SAW-Einrichtung sicherzustellen, die mit Al-Elektroden versehen ist, denen Cu hinzugefügt ist, und die durch Dampfabscheidung gebildet sind, der auf der Verwendung des Vakuum-Aufdampfens oder des Elektronenstrahl-Aufdampfens basiert, wenn die Einrichtung mit hoher Leistung (oder einer großen Amplitude) bei hoher Frequenz betrieben wird, selbst in dem Fall, daß die Leistung oder Amplitude unverändert bleibt, wegen der Nichtgleichförmigkeit des Additivs.

Es ist eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung eine SAW-Einrichtung zur Verfügung zu stellen, die bei einer hohen Frequenz mit hoher Leistung (mit akustischen Oberflächenwellen von großer Amplitude) betrieben werden kann.

Darüber hinaus soll eine SAW-Einrichtung zur Verfügung gestellt werden, die die obenerwähnten Merkmale besitzt und Elektroden hat, die geeignet sind, in einer feinen Struktur oder einem feinen Muster für Hochfrequenzbetrieb realisiert zu werden und die Anwendung eines Trockenätz- und/oder Leitungsverbindungsverfahrens zu erleichtern.

Bisher wird Al durch das Vakuum-Aufdampfen, EB-(Elektronenstrahl)- Aufdampfen oder ähnliches abgeschieden zum Bilden eines Al-Films auf einem Substrat eines piezo-elektrischen Materials zum Zweck des Formens von Elektroden für eine SAW-Einrichtung. Im Gegensatz dazu sollte bemerkt werden, daß die Verwendung eines Sprüh- bzw. Spritzverfahrens zum Bilden des Al-Films bis jetzt niemals in Betracht gezogen worden ist im Hinblick auf die großen Kosten der Ausrüstung zum Durchführen des Sprühens bzw. Spritzens und wegen des Fehlens des Erkennens der Vorteile, die durch das Sprüh- bzw. Spritzverfahren zur Verfügung gestellt werden, die in ausreichender Weise die für die Sprüh- bzw. Spritzausrüstung erforderlichen Kosten ausgleichen können.

Im Verlauf des Erreichens der vorliegenden Erfindung wurde experimentell eine Prüfung durchgeführt auf die Steuerung der Konzentration oder des Inhaltes eines Additivs in dem Vakuum-Aufdampfverfahren und vergleichsweise dem Elektronenstrahl- Aufdampfverfahren und ebenfalls auf die Steuerung der Konzentration eines Additives in dem Sprühverfahren. Die Ergebnisse der experimentellen Überprüfung haben ergeben, daß die Additiv-Inhaltssteuerung durch das Sprühverfahren ohne irgendeine merkbare Schwierigkeit durchgeführt werden kann. Zusätzlich haben die Erfinder der vorliegenden Erfindung Elektroden für eine Hochfrequenz- SAW-Einrichtung gebildet durch Verwenden des Sprühverfahrens, das allgemein als nachteilhaft betrachtet wird in Bezug auf die Korngröße und die Hochleistungshandhabungsfähigkeit verglichen mit denen, die durch das Vakuum-Aufdampfverfahren und das EB-Aufdampfverfahren gebildet sind, und die Einrichtungen getestet in Bezug auf die Leistungshandhabungsfähigkeit, ungeachtet der allgemein anerkannten Tatsache, daß die brauchbare Lebensdauer der SAW-Einrichtung verlängert wird, wenn die Korngröße in dem dünnen Film vergrößert wird im Licht der Al-Wanderung im LSI-Verdrahten. Als Ergebnis ist überraschenderweise herausgefunden worden, daß die Leistungshandhabungsfähigkeit signifikant über die herkömmlichen Einrichtungen hinaus verbessert werden kann, deren Elektroden durch das Vakuum-Aufdampfverfahren oder das Elektronenstrahl-Aufdampfverfahren gebildet sind.

Mit anderen Worten haben die Erfinder der vorliegenden Erfindung zuerst die Tatsache aufgestellt und bestätigt, daß ein dünner Legierungsfilm von gleichförmiger Zusammensetzung mit hoher Reproduzierbarkeit realisiert werden kann, wobei der Film eine vergrößerte Adhäsion zu einer unterliegenden Schicht (oder einem Substrat) durch das Sprühverfahren hat, und daß die Leistungshandhabungsfähigkeit der Einrichtung durch Verwenden des Sprühverfahrens in der Implementierung der SAW-Einrichtung bemerkenswert verbessert werden kann.

Somit werden gemäß einem Aspekt der vorliegenden Erfindung metallische Elektroden in einer SAW-Einrichtung durch ein Sprühverfahren gebildet. Die metallischen Elektroden der Einrichtung können typischerweise aus Aluminium (Al) gemacht werden. Eine Zugabe von Kupfer (Cu) zu Al, um die Elektroden durch das Sprühverfahren zu machen, ist wirksam zum Unterdrücken der Wanderung der Korngrenzen darin. Da durch die Anwendung des Sprühverfahrens verhindert werden kann, daß Defekte, so wie Hügel und Blasen in den Elektroden erscheinen, können Kennwerte der SAW-Einrichtung gegen Verschlechterung geschützt werden, die von der Übertragung einer hohen Leistung oder Anregung einer akustischen Welle von großer Amplitude in der Form einer stehenden Welle stammen.

Gemäß einem weiteren Aspekt der vorliegenden Erfindung kann Ti anstelle von Cu verwendet werden, als ein Element, das zu dem metallischen Material für die Elektroden der SAW-Einrichtung hinzugefügt wird, und das Sprühverfahren, das ausgezeichnet ist in Bezug auf die Stabilität der Zusammensetzung, wird anstelle des Vakuum- oder EB-Aufdampfverfahrens verwendet. In der so realisierten SAW-Einrichtung ist nachgewiesen worden, daß die Leistungshandhabungsfähigkeit weit besser ist als in den herkömmlichen SAW-Einrichtungen mit Elektroden, die aus Al gebildet sind, dem Cu hinzugefügt wurde. Zusätzlich konnten vorteilhafte einzigartige Effekte, die nicht von der Anwendung auf die LSI erwartet werden konnten, bestätigt werden im Hinblick auf verminderte Leistungsübertragungsverluste.

Verglichen mit dem Siedepunkt eines Chlorids CuCl₃ von Cu ist der des Chlorids TiCl₄ von Ti niedrig. Folglich ist Al, dem Ti hinzugefügt wurde, sehr geeignet für das Trockenätzen. Weiterhin kann, da übermäßiges Anwachsen der Filmhärte verhindert wird, das Leitungsverbinden erleichtert werden.

Gemäß der vorliegenden Erfindung können SAW-Einrichtungen vorgesehen werden, so wie SAW-Filter, SAW-Resonatoren und ähnliches, bei denen eine Verschlechterung der Kennwerte bei relativ hohen Anregungspegeln verhindert wird, und die sich einer vergrößerten Zuverlässigkeit erfreuen.

Weiterhin kann gemäß der vorliegenden Erfindung ein Elektrodenfeld und ein Reflektorelektrodenfeld vorgesehen werden, die vorteilhafterweise zum Gebrauch in einer SAW-Einrichtung geeignet sind, die in der Lage ist, hohe Leistung mit hoher Zuverlässigkeit zu übertragen, und in einem SAW-Resonator, in dem eine akustische Welle einer großen Amplitude als stehende Welle vorhanden ist.

Weitere Vorteile, Merkmale und Anwendungsmöglichkeiten der vorliegenden Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen und aus der nachfolgenden Beschreibung von Ausführungsbeispielen in Verbindung mit der Zeichnung. Darin zeigen:

Fig. 1 eine perspektivische Ansicht, die eine SAW-Einrichtung gemäß einer beispielhaften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt,

Fig. 2 ein Diagramm zum graphischen Erläutern der Ergebnisse eines beschleunigten Lebensdauertests, der auf SAW-Einrichtungen gemäß einer Ausführungsform der Erfindung und der in Fig. 1 gezeigten SAW-Einrichtung ausgeführt wurde,

Fig. 3 und

Fig. 4 jeweils eine perspektivische und eine Schnittansicht, die eine SAW-Einrichtung zeigen, die in der Form eines Zwei-Tor-SAW-Resonators gemäß einer weiteren Ausführungsform der vorliegenden Erfindung realisiert ist,

Fig. 5 eine schematische Ansicht, die eine beispielhafte Anordnung einer Gleichstrom-Sprühvorrichtung zeigt, die beim Ausführen der vorliegenden Erfindung verwendet werden kann,

Fig. 6 ein Kennwertdiagramm, das das Ergebnis eines beschleunigten Lebensdauertests zeigt, der auf der Vorrichtung gemäß einer Ausführungsform der Erfindung und die in Fig. 3 und 4 gezeigte SAW-Einrichtung durchgeführt wurde,

Fig. 7 und

Fig. 8 Diagramme zum Erläutern der Kennwerte von SAW- Einrichtungen gemäß einer Ausführungsform der Erfindung und der in Fig. 3 und 4 gezeigten SAW-Einrichtung und

Fig. 9 und

Fig. 10 Ansichten, die SAW-Einrichtungen gemäß einer weiteren Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigen.

Die Erfindung wird nun detailliert in Verbindung mit bevorzugten und beispielhaften Ausführungsformen unter Bezugnahme auf die beigefügte Zeichnung beschrieben.

Fig. 1 zeigt in einer perspektivischen Ansicht einen Ein-Tor-SAW-Resonator, auf den eine SAW-Einrichtung gemäß einer Ausführungsform der Erfindung angewendet wird. In der Fig. bezeichnet ein Bezugszeichen 1 ein piezo-elektrisches SAW-Substrat, 2 bezeichnet einen Satz von verzahnten Elektroden, die in einem kammartigen Muster angeordnet sind, und Bezugszeichen 3 und 3′ bezeichnen jeweils Reflektorelektroden.

Unter Bezugnahme auf Fig. 1 sind auf einer Oberfläche des SAW-Substrates 1, das aus einem ST-geschnittenen Quarzkristall gebildet ist, ein Satz von verzahnten kammähnlichen Elektroden 2 angeordnet mit der Öffnung von 1000 µm und 28 Fingerpaaren zum Übertragen oder Empfangen von akustischen Oberflächenwellen. Übertragung von elektrischen Signalen zu äußeren Schaltungen wird mit Hilfe gewöhnlicher Buselektrodenteile der kammähnlichen Elektroden bewirkt.

Weiterhin sind 750 Reflektorelektroden 3 und 3′ aus metallischen Streifen, die gleichzeitig mit den kammähnlichen Elektroden 2 gebildet sind, auf beiden Seiten der letzteren angeordnet, um dabei einen Ein-Tor-SAW-Resonator zu bilden. In der Version der in Fig. 1 gezeigten Einrichtung können die Reflektorelektroden durch Schlitze gebildet werden, die in dem Substrat 1 anstelle der metallischen Streifen gebildet sind.

Es sollte hier erwähnt werden, daß der oben beschriebene SAW-Resonator eine Resonanzfrequenz von 690 MHz und Q von 3000 hat.

Die kammähnlichen Elektroden 2 und die Reflektorelektroden 3 und 3′ des oben beschriebenen SAW-Resonators sind jeweils mit einer Filmdicke von 0,1 µm realisiert und gebildet durch Abscheiden eines reinen Al-Films durch Verwenden eines Gleichstrom-Magnetron-Sprühsystem, welcher Film nachfolgend fotogeätzt wird, um die Elektrodenmuster zu bilden. Das Sprühsystem, wie verwendet, ist schematisch in Fig. 5 gezeigt. Die Sprühbedingungen sind die folgenden.

Heiztemperatur von Substrat 1 200°C
Flußgewindigkeit des Ar-Gases 20 SCCM
Druck des Ar-Gases 1,2 Pa
Sprühleistung 0,6 kW.

Fig. 2 ist ein Kennwertdiagramm, das die Ergebnisse eines beschleunigten Lebensdauertests erläutert, der auf der oben beschriebenen SAW-Einrichtungen durchgeführt wurde, vergleichenderweise mit den Ergebnissen des Tests, der auf SAW-Resonatoren durchgeführt wurde, die kammähnliche Elektroden und Reflektorelektroden haben, die durch ein Elektronenstrahl-Aufdampfen gebildet wurden. Zusätzlich erläutert Fig. 2 die Ergebnisse des Tests, der auf SAW- Einrichtungen durchgeführt wurde, die kammähnliche Elektroden und Reflektorelektroden haben, die aus Al gebildet sind, dem Cu hinzugefügt wurde.

In Fig. 2 wird der Gehalt (Gew.%) des Elementes Cu, das beim Bilden des Elektrodenfilms zu Al hinzugefügt wurde, entlang der Abszisse aufgetragen, während die Zeit, bei der sich die Resonanzfrequenz ändert, entlang der Ordinate aufgetragen ist als Ausdruck der Ausfallzeit (TF) in Stunden (Hr).

Der beschleunigte Lebensdauertest wurde durchgeführt unter der Bedingung, daß die Umgebungstemperatur der SAW-Einrichtung 120°C und die Eingangsleistung 100 mW war.

In Fig. 2 stellt eine Kurve 4 die Ergebnisse des beschleunigten Lebensdauertests dar, der auf den SAW-Einrichtungen gemäß der Ausführungsform der Erfindung durchgeführt wurde, in denen der Elektrodenfilm durch Verwendung des Gleichstrom-Magnetron-Sprühsystems gebildet wurde, und eine Kurve 5 stellt die Ergebnisse des beschleunigten Lebensdauertests dar, der auf herkömmlichen SAW-Einrichtungen durchgeführt wurde, die den Elektrodenfilm durch das Elektronenstrahl-Aufdampfen gebildet haben, zum Zwecke des Vergleichs.

Wie in Fig. 2 zu sehen ist, zeigt, wenn die kammähnlichen Elektroden 2 und die Reflektorelektroden 3, 3′ ausschließlich durch den Al-Film gebildet sind, d. h. wenn der Gehalt des hinzugefügten Elementes Null ist (Gew.%), die SAW-Einrichtung, die mit Hilfe des Gleichstrom-Magnetron- Sprühsystems gebildet worden ist, eine einige Male längere Ausfallzeit (TF) und höhere Leistungshandhabungsfähigkeiten als die Einrichtung, die die Elektroden durch das Elektronenstrahl-Aufdampfen gebildet hat.

Man kann weiter sehen, daß die SAW-Einrichtung, die die Elektroden aus Al gebildet hat, dem Cu hinzugefügt wurde, eine doppelt oder mehrmal längere Ausfallzeit (TF) und höherer Leistungshandhabungsfähigkeit als die herkömmliche SAW-Einrichtung zeigt.

Die Verbesserung der Leistungshandhabungsfähigkeit als ein Ergebnis der Verwendung des Gleichstrom-Magnetron-Sprühsystems gemäß der vorliegenden Erfindung kann erklärt werden durch die Tatsache, daß der niedergeschlagene Film von gleichförmig gemachter Qualität ist, was einen Grund für die vergrößerte mechanische Festigkeit des neidergeschlagenen Films liefert.

Die oben beschriebene Ausführungsform der Erfindung ist auf einen Ein-Tor-SAW-Resonator gerichtet, der Elektroden hat, die aus metallischen Streifen aus Al oder aus Al, dem Cu zugefügt ist, gebildet sind. Die Erfindung ist jedoch nicht auf das Additiv Cu beschränkt, sondern andere Additive, so wie Ti, Zn, Mg, Fe, Ni, Cr, Ga, Ge, Sn, Pd oder Ta können verwendet werden. Weiterhin kann die Erfindung nicht nur auf den Ein-Tor-SAW-Resonator angewendet werden, sondern ebenfalls auf einen Zwei-Tor-SAW-Resonator, ein SAW-Filter für Hochleistungsübertragung oder einen SAW-Übertrager/Empfänger zum Gebrauch als den Resonator.

Weiterhin ist das SAW-Substrat, das verwendet werden kann, nicht auf den ST-geschnittenen Quarzkristall beschränkt, sondern andere Substrate, so wie LiNbO₃, LiTaO₃ und ähnliche können verwendet werden. Daneben können Substrate von verschiedenartigen Schnittflächenorientierungen ebenfalls verwendet werden.

In den oben beschriebenen Ausführungsformen kann die Leistungshandhabungsfähigkeit der SAW-Einrichtung vergrößert werden ohne Notwendigkeit zum Addieren einer großen Menge eines Additivelementes, so wie Cu, gemäß der erläuterten Ausführungsform. Daneben kann, da das zu addierende Element von kleiner Menge sein kann, die Erscheinung eines Fehlers in dem Kontakt, der durch Leitungsverbinden realisiert wird, verhindert werden. Auf diese Art kann eine SAW-Einrichtung zur Verfügung gestellt werden, die frei von den Nachteilen der herkömmlichen SAW-Einrichtungen ist und die sich ausgezeichneter Funktion und Leistung erfreuen kann.

Es folgt nun eine Beschreibung einer weiteren Ausführungsform unter Bezugnahme auf Fig. 3 und 4, worin Fig. 4 einen Querschnitt entlang der Linie IV-IV in Fig. 3 zeigt. Unter Bezugnahme auf die Figuren bezeichnet ein Bezugszeichen 11 ein piezo-elektrisches SAW-Substrat, das aus einem ST-geschnittenen Quarzkristall gebildet ist, auf dem ein Paar von Übertragungs- und Empfangselektrodenfeldern 12 und 12′ angeordnet sind, wobei jedes Feld 28 Fingerpaare aufweist, deren Öffnung 1000 µm zum gegenseitigen Übertragen und Empfangen der akustischen Oberflächenwelle ist. Die Elektroden sind mit Anschlußfeldern 13, 13′ durch Buselektroden verbunden, während die Anschlußfelder 13, 13′ elektrisch mit Eingangs-/Ausgangs-Pins 14 und 14′ eines Fusses einer Gehäusepackung mittels Verbindungsleitungen aus Al oder Au elektrisch verbunden sind. Die Buselektroden, die auf der Massenseite der Übertragungs-/ Empfangselektroden gelegen sind, sind mit dem Fuß 16 der Gehäusepackung durch die Erdungsverbindungsfelder geerdet. Jedes der Elektrodenpaare 12 und 12′ weist einen Satz von verzahnten kammähnlichen Fingerelektroden auf. Auf beiden Seiten des zuvor erwähnten Paares von Übertragungs-/Empfangselektroden 12 und 12′ sind Reflektorelektroden 20 und 20′ angeordnet, die aus 750 metallischen Streifen zusammengesetzt sind, um dabei einen Zwei-Tor-SAW-Resonator zu bilden. In der Version dieser Ausführungsform können die metallischen Streifen 20 ersetzt werden durch Schlitze, die in dem Substrat 11 gebildet sind, die als die Reflektoren dienen. Jede der zuvor erwähnten Übertragungs-/Empfangselektroden 12, 12′ und der Reflektorelektroden hat eine Filmdicke von 0,1 µm. Der Zwei-Tor-SAW-Resonator, der so realisiert ist, hat eine Resonanzfrequenz von 697 MHz und Q ungefähr gleich 4000. Das Elektrodenmaterial ist Al, dem 2 Gew.% Ti hinzugefügt ist. Der Al-Film, dem Ti hinzugefügt ist, wurde abgeschieden durch ein Gleichstrom- Magnetron-Sprühsystem, das am besten für diese Art des metallischen Films unter verschiedenen Sprühverfahren geeignet ist. Nach Abscheiden des Films wurde das Elektrodenmuster durch ein Fotoätzverfahren gebildet. Fig. 5 zeigt schematisch beispielhaft eine Gleichstrom-Magnetron- Sprühvorrichtung, die für die Herstellung der Zwei- Tor-SAW-Einrichtung gemäß der vorliegenden Ausführungsform der Erfindung verwendet werden kann. Die Sprühbedingungen können beispielsweise wie folgt ausgewählt werden:

Heiztemperatur von Substrat 11 200°C
Flußgeschwindigkeit des Ar-Gases 20 SCCM
Druck des Ar-Gases 1,2 Pa
Sprühleistung 0,6 kW.

Das Ergebnis des beschleunigten Tests, der auf den SAW- Resonatoren gemäß der vorliegenden Ausführungsform durchgeführt wurde, ist graphisch in Fig. 6 erläutert, im Vergleich mit dem der Probe, die durch EB-Aufdampfen von Al, dem Cu hinzugefügt wurde, hergestellt wurde. Der Gehalt des hinzugefügten Elementes in dem Film ist entlang der Abszisse in Gew.% aufgetragen, während die Ausfallzeit (TF) entlang der Ordinate aufgetragen ist. Die Ausfallzeit bezeichnet die Zeit, die verstreicht, bis sich die Resonanzfrequenz ändert, wie in Fig. 2. Die Bedingungen für den beschleunigten Lebensdauertest sind so gewählt, daß die Temperatur 120°C und die Eingangsleistung 100 kW ist. In Fig. 6 stellt eine Kurve 21 das Ergebnis des Experimentes dar, das auf der Probe durchgeführt wurde, die durch EB-Aufdampfen von Al realisiert wurde, dem Cu hinzugefügt wurde, die zum Vergleich verwendet wird, während eine Kurve 22 das Ergebnis des beschleunigten Lebensdauertests darstellt, der auf den Resonatoren durchgeführt wurde, die die Al-Elektroden, denen Ti hinzugefügt wurde, aufweisen, die durch Sprühen gebildet sind. Wie man aus Fig. 6 sehen kann, wird die Ausfallzeit des Resonators, der mit Al-Elektroden, denen Ti hinzugefügt ist, versehen ist, die durch Sprühen gebildet sind, auf das 10-fache oder mehr vergrößert verglichen mit dem des Musters, wobei die Leistungshandhabungsfähigkeit ebenfalls signifikant vergrößert wird. In Fig. 6 stellt die Kurve 22 weiterhin das Ergebnis des Tests dar, der auf die Einrichtungen durchgeführt wurde, die Elektroden haben, die lediglich aus Al ohne Zugabe von Ti gebildet sind. Wie zu sehen ist, wird die Ausfallzeit (TF) dieser Einrichtung ebenfalls vergrößert verglichen mit der Probe, welcher Zuwachs der Anwendung des Sprühens für das Abscheiden des Elektrodenfilms anstelle des EB-Aufdampfens oder des Vakuum-Aufdampfens zuzuschreiben ist. Obwohl ein Vorteil einer verminderten Streuung der Zusammensetzung unter den Produktionschargen wegen der Verwendung des Sprühens anfangs erwartet worden war, ist die vergrößerte Leistungshandhabungsfähigkeit der letztlich unerwartete Effekt. Es wird angenommen, daß die vergrößerte Leistungshandhabungsfähigkeit erklärt wird durch die Tatsache, daß die mechanische Festigkeit des Elektrodenfilms durch die Anwendung des Sprühverfahrens vergrößert wird.

Zum Demonstrieren der Effekte des SAW-Resonators gemäß der vorliegenden Ausführungsform zeigt Fig. 7 das Ergebnis des beschleunigten Lebensdauertests mit der in dem Resonator gespeicherten Energie entlang der Abszisse aufgetragen, während die Ausfallzeit (TF) entlang der Ordinate aufgetragen ist. Aus dieser Figur kann abgeschätzt werden, daß der SAW-Resonator mit Elektroden, die aus Al gebildet sind, denen 0,9 Gew.% Ti hinzugefügt ist (Wert bestimmt durch Analyse des Films) im wesentlich die gleiche brauchbare Lebensdauer haben kann wie die der Einrichtung, die Elektroden hat, die durch EB-Aufdampfen gebildet sind, selbst mit einer angelegten Leistung, die dreimal so hoch ist, wie die auf letztere angelegte.

Ein weiterer Effekt der Einrichtung gemäß der vorliegenden Ausführungsform ist in Fig. 8 erläutert, in dem der Filmwiderstand entlang der Abszisse aufgetragen ist mit dem Leistungsverlust, der beim Durchlaufen des Resonators erzeugt wird, entlang der Ordinate aufgetragen. Man kann sehen, daß der Leistungsverlust signifikant vermindert wird in dem Fall des SAW-Resonators mit Al-Ti-Elektroden gemäß der vorliegenden Ausführungsform, verglichen mit der herkömmlichen Einrichtung mit Al-Cu-Elektroden mit dem selben Widerstand. Diese Effekte, die der Anwendung des Sprühens und dem Additiv zuzuschreiben sind, können überhaupt nicht von dem Effekt erwartet werden, der sich von der Zugabe von Ti zu der Metallisation von Al für LSI ergibt. Sie sind vorteilhafte Effekte der SAW-Einrichtung, die durch Anwendung des Sprühverfahrens und Zugabe des Elementes erhalten werden, die durch die vorliegende Erfindung gelehrt werden. Es wird angenommen, daß diese Effekte nicht nur der vergrößerten mechanischen Festigkeit und der vergrößerten Adhäsion des Filmes zuzuschreiben sind, sondern ebenfalls der geeigneten Härte und den Zugkennwerten des Films.

Der Gehalt des Additives Ti kann bis zu 2 Gew.% betragen ohne jegliche Probleme für die praktische Anwendung der SAW-Einrichtung in dem erlaubbaren Widerstandsbereich von 10 bis 11 µΩ cm. Es scheint, daß der Gehalt von 4 Gew.% die erlaubbare obere Grenze des Widerstandes (ungefähr 20 µΩ cm) von dem Kennwertstandpunkt der SAW-Einrichtung definiert.

Die oben beschriebene Ausführungsform der Erfindung ist auf den Zwei-Tor-SAW-Resonator gerichtet, der die Reflektoren aufweist, die jeweils aus metallischen Filmstreifen zusammengesetzt sind. Es ist jedoch klar, daß das Additiv nicht auf Ti beschränkt ist, sondern Zn, Mg, Fe, Ni, Cr, Ga, Ge, Sn, Pd oder Ta in einer Menge von nicht größer als 4 Gew.% können ebenfalls wahlweise verwendet werden. Weiterhin kann die Erfindung gleichermaßen angewendet werden auf den Ein-Tor-SAW-Resonator zusätzlich zu dem erläuterten Zwei-Tor-SAW-Resonator. Beispielsweise kann die Erfindung wirkungsvoll auf ein SAW-Filter angewendet werden, das geeignet ist, elektrische Leistung von einer Vielzahl von parallelen Eingangselektroden 12 zu einer Vielzahl von parallelen Ausgangselektroden 12′ zu übertragen, wie in Fig. 9 gezeigt. Weiterhin kann die Erfindung gleichermaßen auf einen Resonator angewendet werden, der realisiert wird Verwenden von SAW-Übertragungs-/Empfangseinrichtungen, so wie eine Multi-Stufen-Reihenstruktur, die beispielhaft in Fig. 10 gezeigt ist. Darüber hinaus kann die Erfindung wirkungsvoll sowohl auf ein SAW-Filter für Hochleistungsübertragung als auch einen Resonator angewendet werden, der durch Verwenden der SAW-Übertragungs-/ Empfangs-Einrichtungen realisiert ist. Die Erfindung ist niemals auf den Gebrauch eines Substrates beschränkt, das aus einem ST-geschnittenen Quarzkristall hergestellt ist. Verschiedenartige andere Substrate, so wie LiNbO₃, LiTaO₃ oder ähnliche können wahlweise verwendet werden. Natürlich ist die Erfindung nicht auf irgendeine besondere Schnittflächenorientierung beschränkt.

Gemäß den Ausführungsformen der Erfindung, die oben in Verbindung mit Fig. 4 bis 10 beschrieben sind, können SAW-Einrichtungen implementiert werden, die erleichtertes Ätzen und Leitungsverbinden bei einer hohen Ausbeute erlauben und doppelt oder mehr so hohe Leistungshandhabungsfähigkeiten aufweisen verglichen mit den bis jetzt bekannten Einrichtungen, die die Elektroden gebildet haben aus Al, dem Cu hinzugefügt wurde, durch EB-Aufdampfen oder Vakuum-Aufdampfen.

In allen oben beschriebenen Ausführungsformen können die Sprühbedingungen beispielsweise wie folgt gesetzt werden:

Substrattemperatur Raumtemperatur bis 300°C
Sprühleistung 0,2 bis 1 kW
Druck von Ar-Gas 0,1 bis 10 Pa.

Claims

1. Einrichtung für akustische Oberflächenwellen, gekennzeichnet durch: ein piezo-elektrisches Substrat (1; 11) und mindestens einen Satz von verschachtelten Elektroden (2; 12; 12, 12′), die auf dem Substrat (1; 11) gebildet sind und hauptsächlich aus einem Metall bestehen, wobei mindestens ein Satz von Elektroden (2; 12; 12, 12′) ein Ti-Additiv von aufweist.

2. Einrichtung für akustische Oberflächenwellen nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Elektroden auf dem Substrat durch Sprühen gebildet sind.

3. Einrichtung für akustische Oberflächenwellen nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Metall Al ist.

4. Einrichtung für akustische Oberflächenwellen nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Gehalt an Ti in den Elektroden nicht größer als 4 Gew.% ist.

5. Einrichtung für akustische Oberflächenwellen gekennzeichnet durch:
ein piezo-elektrisches Substrat (1; 11) und mindestens einen Satz von verschachtelten Elektroden (2; 12; 12, 12′), die auf dem Substrat gebildet sind und hauptsächlich aus einem Metall bestehen, wobei mindestens ein Satz von Elektroden ein Additiv aus einem anderen Metall enthält, das von der Gruppe ausgewählt ist, die aus Zn, Mg, Fe, Ni, Cr, Ga, Ge, Sn, Pd und Ta besteht.

6. Einrichtung für akustische Oberflächenwellen gekennzeichnet durch:
ein piezo-elektrisches Substrat (1; 11) und mindestens einen Satz von verschachtelten Elektroden (2; 12; 12, 12′), die auf dem Substrat gebildet sind und hauptsächlich aus einem Metall bestehen, in der die Bildung mindestens eines Satzes von Elektroden auf dem Substrat durch Sprühen ausgeführt wird.

7. Einrichtung für akustische Oberflächenwellen nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß mindestens ein Satz von Elektroden ein Cu-Additiv aufweist.

8. Einrichtung für akustische Oberflächenwellen nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß mindestens ein Satz von Elektroden ein Additiv aus einem anderen Metall aufweist, das aus der Gruppe ausgewählt ist, die aus Zn, Mg, Fe, Ni, Cr, Ga, Ge, Sn, Pd und Ta besteht.